Abscheidung und Charakterisierung von quasikristallinen AlCuFeB-Schichten

Abstract

Da die Abnützung von Maschinenkomponenten zu einem Anstieg an Energieverbrauch und Kosten führt, ist die Entwicklung neuer Materialien mit geringen Reibungskoeffizienten und großer Härte wichtig für verschiedenste industrielle Anwendungen. Quasikristallines AlCuFeB besitzt eine Kombination aus günstigen mechanischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften und stellt damit ein kosteneffizientes Material für harte Schutzschichten dar. Zur Herstellung von quasikristallinen dünnen Schichten basierend auf AlCuFeB sind geeignete Prozessparameter notwendig, die die richtige Stöchiometrie und die passende Mikrostruktur garantieren.<br />Im Rahmen der vorliegenden Diplomarbeit wurde eine Al59Cu25,5Fe12,5B3 Legierung auf zwei verschiedene Substrate als dünne Schicht abgeschieden und ihre Struktur untersucht. Obwohl das untersuchte Material aus metallischen Elementen aufgebaut ist, entsprechen die Eigenschaften nicht immer dem metallischen Charakter. Die Kristallisation des untersuchten Al59Cu25,5Fe12,5B3 Systems in die quasikristalline Phase findet ab einer Temperatur von zirka 550 °C statt. Zunächst wurden Aluminiumschichten bei verschiedenen Beschichtungstemperaturen auf Al2O3 Substrate abgeschieden, um grundlegende Informationen über die Schichtstruktur von AlCuFeB zu erhalten. Anschließend wurden AlCuFeB Schichten auf Al2O3 und Si-Substraten aufgebracht und erneut die Beschichtungstemperatur variiert. Nachdem die Bildung der quasikristallinen Phase bei 600 °C nachgewiesen werden konnte, wurden die Leistung und der Druck verändert, um die idealen Prozessparameter zur Bildung einer ikosaedrischen Phase zu finden. Um das Diffusionsverhalten zu minimieren und die Haftung der Al59Cu25,5Fe12,5B3 Schicht auf Silizium zu erhöhen, wurden in einer weiteren Versuchsreihe fünf verschiedene Materialien mit günstigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten als Zwischenschicht eingebaut.<br />Die Experimente zeigen, dass es möglich ist, die quasikristalline Phase abzuscheiden. Durch die Verwendung von Zwischenschichten konnte keine Steigerung der Adhäsion beobachtet werden.<br />